KR20120057869A - Carbon-ceramic brake disc and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-ceramic brake disc.
자동차 브레이크는 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 구분된다.Automobile brakes are divided into drum brakes and disc brakes.
디스크식 브레이크는 디스크의 표면과 패드의 마찰로 발생 되는 마찰력으로 디스크의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써, 자동차의 속도를 감속하거나 자동차를 정지시킨다.Disc brakes slow or stop the rotation of the disc by the frictional force generated by the friction between the surface of the disc and the pad, thereby slowing down or stopping the vehicle.
제동력이 우수한 디스크는, 무게가 가볍고, 내열충격성, 내산화성, 내마모성이 크고, 고강도이며, 높은 마찰계수를 가져야 한다. 이를 위해, 최근에는 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 디스크를 만든다. Discs with good braking force should be light in weight, have high thermal shock resistance, high oxidation resistance, high wear resistance, high strength, and high coefficient of friction. To this end, in recent years, discs are made of carbon fiber reinforced ceramic composites.
탄소 섬유 강화 세라믹 복합체는, 기지(matrix)가 세라믹이고 탄소섬유로 강화된 소재이다.Carbon fiber reinforced ceramic composites are materials in which the matrix is ceramic and reinforced with carbon fibers.
이하, 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 만든 브레이크 디스크를 탄소-세라믹 브레이크 디스크라 칭한다.Hereinafter, a brake disc made of a carbon fiber reinforced ceramic composite will be referred to as a carbon-ceramic brake disc.
일반적으로, 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 페놀수지와 탄소섬유를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계, 혼합물을 가압 및 가열하여 성형체를 만드는 단계, 성형체를 탄화시키는 단계, 탄화된 성형체에 규소를 녹여 침투시키는 단계를 거쳐서 만들어진다.In general, a carbon-ceramic brake disc includes a step of mixing a phenol resin and carbon fibers to form a mixture, pressurizing and heating the mixture to form a molded body, carbonizing the molded body, and dissolving silicon in the carbonized molded body. It is made through
탄소섬유로는 팬(PAN, Polyacrylonitrile)계 탄소섬유가 사용된다. 팬계 탄소섬유는 강도가 크고 인성(引性)이 크며 취성이 작다. 따라서, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 강화시키는 용도로 사용하기에 적합하다.As the carbon fiber, a fan (PAN, Polyacrylonitrile) -based carbon fiber is used. Fan-based carbon fiber has high strength, high toughness and low brittleness. Thus, it is suitable for use in reinforcing carbon-ceramic brake discs.
그러나, 팬계 탄소섬유는 규소와 반응을 잘한다. 따라서, 탄화된 성형체에 규소를 녹여 침투시키는 단계에서, 팬계 탄소섬유는 규소에 의해 쉽게 침식되고, 침식된 부분은 탄화규소(silicon carbide, SiC)가 된다.However, fan-based carbon fibers react well with silicon. Therefore, in the step of melting and infiltrating silicon into the carbonized molded body, the pan-based carbon fiber is easily eroded by silicon, and the eroded portion becomes silicon carbide (SiC).
도 1은, 팬계 탄소섬유가 규소에 의해 침식되고, 침식된 부분의 탄소가 규소와 반응하여 탄화규소가 된 상태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a state in which the fan-based carbon fiber is eroded by silicon, and the carbon of the eroded portion reacts with silicon to become silicon carbide.
도 1에 도시된 바와 같이, 팬계 탄소섬유(Cf-pan)가 규소에 의해 침식되면, 브레이크 작동시 충격에 의해, 쉽게 끊어질 수 있다. 이 경우, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 강화시키는 기능을 제대로 할 수 없다.As shown in FIG. 1, when the fan-based carbon fiber (Cf-pan) is eroded by silicon, it may be easily broken by an impact during brake operation. In this case, the function of reinforcing the carbon-ceramic brake disc cannot be properly performed.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은, 팬계 탄소섬유를 사용하는 대신에, 피치(pitch)계 탄소섬유를 사용하여, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 개발하였다. 피치계 탄소섬유는, 팬계 탄소섬유에 비해 규소와 반응성이 낮다. 따라서, 피치계 탄소섬유를 사용하면, 규소침식문제가 해결된다.In order to solve this problem, the applicant has developed a method of making a carbon-ceramic brake disc using pitch-based carbon fibers instead of using fan-based carbon fibers. Pitch-based carbon fibers have lower reactivity with silicon than fan-based carbon fibers. Therefore, using pitch-based carbon fibers solves the silicon erosion problem.
다만, 피치계 탄소섬유는, 인성이 작고 취성이 커서, 큰 응력을 받으면 갑자기 끊어질 수 있다. 이로 인해, 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 강도가 약해져 부서질 수 있다.However, pitch-based carbon fibers have small toughness and large brittleness, and may suddenly break when subjected to large stresses. As a result, the strength of the carbon-ceramic brake disc may be weakened and broken.
본 발명의 목적은, 규소와 반응성이 낮은 피치계 탄소섬유를 사용하면서, 큰 응력에는 강한 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 이를 만드는 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a carbon-ceramic brake disc and a method of making the same, which are resistant to large stress while using pitch-based carbon fibers having low reactivity with silicon.
상기 목적을 달성하기 위한 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법은, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 혼합물을 만드는 제1단계; 상기 혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 성형체를 만드는 제2단계; 상기 성형체를 1차로 탄화시키는 제3단계; 상기 1차로 탄화된 성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계; 상기 2차로 탄화된 성형체를 기계가공하는 제5단계; 상기 기계가공된 성형체에 규소를 녹여서 침투시키는 제6단계; 및 상기 규소가 침투된 성형체를 연마하는 제7단계;를 포함한다.A method of making a carbon-ceramic brake disc for achieving the above object comprises: a first step of mixing a pitch-based carbon fiber and a phenol resin to form a mixture; A second step of forming the molded body by pressing the mixture into a mold and pressing the mixture; A third step of carbonizing the molded body firstly; A fourth step of melting and infiltrating a pitch into the first carbonized molded body and secondly carbonizing it; A fifth step of machining the second carbonized molded body; A sixth step of melting and infiltrating silicon into the machined molded body; And a seventh step of polishing the molded body in which the silicon has penetrated.
또한, 상기 목적은, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포된 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 의해 달성된다.The object is also achieved by a carbon-ceramic brake disc with randomly distributed pitch-based carbon fibers surrounded by a double carbon matrix.
또한, 상기 목적은, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제1혼합물을 만들고, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제2혼합물을 만드는 제1단계; 상기 제1혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제1성형체를 만들고, 상기 제2혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제2성형체를 만드는 제2단계; 상기 제1성형체를 1차로 탄화시키고, 상기 제2성형체를 1차로 탄화시키는 제3단계; 상기 1차로 탄화된 제1성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키고, 상기 1차로 탄화된 제2성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계; 상기 2차로 탄화된 제1성형체를 기계가공하고, 상기 2차로 탄화된 제2성형체를 기계가공하는 제5단계; 상기 기계가공된 제1성형체와 상기 기계가공된 제2성형체를 서로 접착하는 제6단계; 상기 서로 접착된 제1성형체와 제2성형체에 규소를 녹여서 침투시키는 제7단계; 및 상기 규소가 침투된 제1성형체와 제2성형체를 연마하는 제8단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, a first step of making a first mixture by mixing the pitch-based carbon fibers and phenolic resin, a first step of making a second mixture by mixing the pitch-based carbon fibers and phenolic resin; A second step of forming a first molded body by putting the first mixture into a mold and pressing the mold with a press, and putting the second mixture into a mold and pressing the press with a press to form a second molded body; A third step of carbonizing the first molded body first and carbonizing the second molded body first; A fourth step of melting and infiltrating a pitch into the first carbonized first molded body and carbonizing it secondly, melting and infiltrating a pitch into the first carbonized second molded body and secondly carbonizing it; A fifth step of machining the second carbonized first molded body and machining the second carbonized second molded body; Attaching the machined first molded body and the machined second molded body to each other; A seventh step of dissolving silicon in the first molded body and the second molded body adhered to each other; And an eighth step of grinding the first molded body and the second molded body in which the silicon has been penetrated.
또한, 상기 목적은, 지지층; 상기 지지층의 상면과 하면에 각각 접착된 마찰층; 및 상기 지지층과 마찰층 사이에 형성된 접착층으로 구성되며, 상기 지지층과 마찰층 각각에는, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포된 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 의해 달성된다.In addition, the above object, a support layer; A friction layer bonded to upper and lower surfaces of the support layer, respectively; And an adhesive layer formed between the support layer and the friction layer, wherein each of the support layer and the friction layer is achieved by a carbon-ceramic brake disc having randomly distributed pitch-based carbon fibers surrounded by a carbon matrix.
또한, 상기 목적은, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제1혼합물을 만들고, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제2혼합물을 만드는 제1단계; 상기 제1혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제1성형체를 만들고, 상기 제2혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제2성형체를 만드는 제2단계; 상기 제1성형체를 1차로 탄화시키고, 상기 제2성형체를 1차로 탄화시키는 제3단계; 상기 1차로 탄화된 제1성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계; 상기 2차로 탄화된 제1성형체를 기계가공하고, 상기 2차로 탄화된 제2성형체를 기계가공하는 제5단계; 상기 기계가공된 제1성형체와 상기 기계가공된 제2성형체를 서로 접착하는 제6단계; 상기 서로 접착된 제1성형체와 제2성형체에 규소를 녹여서 침투시키는 제7단계; 및 상기 규소가 침투된 제1성형체와 제2성형체를 연마하는 제8단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법에 의해 달성된다.In addition, the above object, a first step of making a first mixture by mixing the pitch-based carbon fibers and phenolic resin, a first step of making a second mixture by mixing the pitch-based carbon fibers and phenolic resin; A second step of forming a first molded body by putting the first mixture into a mold and pressing the mold with a press, and putting the second mixture into a mold and pressing the press with a press to form a second molded body; A third step of carbonizing the first molded body first and carbonizing the second molded body first; A fourth step of melting and infiltrating the pitch into the first carbonized first molded body and secondly carbonizing the first molded body; A fifth step of machining the second carbonized first molded body and machining the second carbonized second molded body; Attaching the machined first molded body and the machined second molded body to each other; A seventh step of dissolving silicon in the first molded body and the second molded body adhered to each other; And an eighth step of grinding the first molded body and the second molded body in which the silicon has been penetrated.
또한, 상기 목적은, 지지층; 상기 지지층의 상면과 하면에 각각 접착된 마찰층; 및 상기 지지층과 마찰층 사이에 형성된 접착층으로 구성되며, 상기 지지층과 마찰층 각각에는, 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포되며, 상기 지지층에 분포된 피치계 탄소섬유만, 탄소매트릭스에 의해 2중으로 둘러싸인 탄소-세라믹 브레이크 디스크에 의해 달성된다.In addition, the above object, a support layer; A friction layer bonded to upper and lower surfaces of the support layer, respectively; And an adhesive layer formed between the support layer and the friction layer, wherein each of the support layer and the friction layer has randomly distributed pitch-based carbon fibers, and only the pitch-based carbon fibers distributed in the support layer are surrounded by a doubled carbon matrix. Achieved by a carbon-ceramic brake disc.
본 발명은, 피치계 탄소섬유가 견딜 수 없는 큰 응력을 받았을 때, 피치계 탄소섬유를 2중으로 둘러싼 탄소매트릭스가 그 응력을 흡수한다. 따라서, 피치계 탄소섬유가 갑자기 끊어짐으로써 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 강도가 약해져 부서지는 것을 막을 수 있다.In the present invention, when the pitch-based carbon fiber is subjected to a large stress that cannot be tolerated, the carbon matrix surrounding the pitch-based carbon fiber in double absorbs the stress. Therefore, the pitch-based carbon fibers are suddenly broken, so that the strength of the carbon-ceramic brake disc is weakened and can be prevented from being broken.
도 1은, 팬계 탄소섬유가 규소에 의해 침식되고, 침식된 부분의 탄소가 규소와 반응하여 탄화규소가 된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3(a),(b),(c)는, 혼합물로 성형체를 만드는 순서를 나타낸 도면이다.
도 4는, 1차로 탄화된 성형체에 피치를 녹여 침투시키고, 2차로 탄화시킬 때의 온도 및 시간을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유의 종단면도이다.
도 6은, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유와, 탄소매트릭스가 둘러싸지 않은 피치계 탄소섬유의 응력-변위량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 도면이다.
도 8은, 도 7의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10(a),(b),(c)는, 제1혼합물로 제1성형체를 만드는 순서를 나타낸 도면이다.
도 11(a),(b),(c)는, 제2혼합물로 제2성형체를 만드는 순서를 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 도면이다.
도 13은, 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a view showing a state in which the fan-based carbon fiber is eroded by silicon, and the carbon of the eroded portion reacts with silicon to become silicon carbide.
Figure 2 is a flow chart illustrating a method of making a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention.
FIG.3 (a), (b), (c) is a figure which shows the procedure which makes a molded object from a mixture.
FIG. 4 is a graph showing the temperature and time when melting the pitch into the primary carbonized molded body to infiltrate the secondary carbonized product.
5 is a longitudinal sectional view of a pitch-based carbon fiber in which the carbon matrix is doubled.
FIG. 6 is a graph showing a comparison of the stress-displacement amount between the pitch-based carbon fibers surrounded by the carbon matrix and the pitch-based carbon fibers not surrounded by the carbon matrix.
7 shows a carbon-ceramic brake disc, made by a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a first embodiment of the invention.
FIG. 8 is an enlarged view of portion A of FIG. 7.
9 is a flowchart illustrating a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the present invention.
(A), (b), (c) is a figure which shows the procedure which makes a 1st molded object from a 1st mixture.
(A), (b), (c) is a figure which shows the procedure which makes the 2nd molded object from a 2nd mixture.
12 shows a carbon-ceramic brake disc, made by a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the invention.
13 is a flowchart illustrating a method of making a carbon-ceramic brake disc according to the third embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of making a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention will be described.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3(a),(b),(c)는, 혼합물로 성형체를 만드는 순서를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 실선화살표는 프레스의 이동방향을 나타내고, 점선화살표는 성형체를 몰드로부터 꺼내는 방향을 나타낸다.Figure 2 is a flow chart illustrating a method of making a carbon-ceramic brake disc according to the first embodiment of the present invention. FIG.3 (a), (b), (c) is a figure which shows the procedure which makes a molded object from a mixture. The solid arrow shown in FIG. 3 indicates the moving direction of the press, and the dotted arrow indicates the direction in which the molded body is taken out of the mold.
도 2 및 도 3(a),(b),(c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법은,As shown in Figures 2 and 3 (a), (b), (c), a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a first embodiment of the present invention,
피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 혼합물(X)을 만드는 제1단계(S11); 상기 혼합물(X)을 몰드(M)에 넣고 프레스(P)로 가압하여 성형체(Y)를 만드는 제2단계(S12); 상기 성형체(Y)를 1차로 탄화시키는 제3단계(S13); 상기 1차로 탄화된 성형체(Y)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계(S14); 상기 2차로 탄화된 성형체(Y)를 기계가공하는 제5단계(S15); 상기 기계가공된 성형체(Y)에 규소를 녹여서 침투시키는 제6단계(S16); 및 상기 규소가 침투된 성형체(Y)를 연마하는 제7단계(S17);를 포함한다.A first step (S11) of mixing a pitch-based carbon fiber and a phenol resin to form a mixture (X); A second step (S12) of putting the mixture (X) into a mold (M) and pressing the press (P) to form a molded body (Y); A third step (S13) of first carbonizing the molded body (Y); A fourth step (S14) of melting and infiltrating the pitch into the first carbonized molded body (Y) and carbonizing the second; A fifth step S15 of machining the second carbonized molded body Y; A sixth step (S16) of melting and infiltrating silicon into the machined molded body (Y); And a seventh step S17 of polishing the molded body Y penetrated by the silicon.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.Hereinafter, the first step S11 will be described.
피치계 탄소섬유 30~70 vol%와, 페놀수지 70~30 vol%를 혼합하여 혼합물(X)을 만든다. 30 to 70 vol% of the pitch-based carbon fibers and 70 to 30 vol% of the phenol resin are mixed to form a mixture (X).
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.Hereinafter, the second step S12 will be described.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 몰드(M)에 혼합물(X)을 넣는다.As shown in FIG. 3 (a), the mixture X is placed in the mold M.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 프레스(P)로 혼합물(X)를 가압하여 성형체(Y)를 만든다. 이때, 가압하는 압력은 3~5 MPa이다. 여기서, 프레스(P)에 설치된 히터로 혼합물(X)을 가열할 수도 있다. 가열하는 온도는 120~180 ℃이다.As shown in Fig. 3 (b), the mixture X is pressed by the press P to form the molded body Y. At this time, the pressure to pressurize is 3-5 MPa. Here, the mixture X can also be heated by the heater provided in the press P. The temperature to heat is 120-180 degreeC.
도 3(c)에 도시된 바와 같이, 몰드(M)로부터 성형체(Y)를 꺼낸다.As shown in FIG.3 (c), the molded object Y is taken out from the mold M. As shown to FIG.
성형체(Y)는, 경화된 페놀수지안에 무작위로 분포된 피치계 탄소섬유로 구성된다.The molded body Y is composed of pitch-based carbon fibers randomly distributed in the cured phenolic resin.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.Hereinafter, the third step S13 will be described.
도가니(crucible) 안에 성형체(Y)를 넣는다. 진공저항가열로 안에 도가니를 넣는다. 진공저항가열로 안은 진공분위기 또는 불활성분위기이다.The molded object (Y) is placed in a crucible. Put the crucible into the vacuum resistance furnace. It is either a vacuum atmosphere or an inert atmosphere in a vacuum resistance heating furnace.
진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 13시간동안 1550℃로 승온시킨다.In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is heated up to 1550 degreeC for 13 hours.
진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 1~2시간동안 1550℃로 유지시킨다.In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is kept at 1550 degreeC for 1-2 hours.
성형체(Y)의 온도가 1550℃로 승온되고 유지되는 동안, 성형체(Y)에 포함된 유기화합물이 열분해되어 탄소가 된다. 유기화합물이 열분해되고 남은 자리에는 기공(porosity)이 형성된다.While the temperature of the molded body Y is raised and maintained at 1550 ° C., the organic compound contained in the molded body Y is thermally decomposed to become carbon. The organic compound is thermally decomposed and porosity is formed in the remaining position.
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.The fourth step S14 will be described below.
도 4는, 1차로 탄화된 성형체에 피치를 녹여 침투시키고, 2차로 탄화시킬 때의 온도 및 시간을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the temperature and time when melting the pitch into the primary carbonized molded body to infiltrate the secondary carbonized product.
도가니 안에 1차로 탄화된 성형체(Y)를 넣는다.Into the crucible is placed the first carbonized molded body (Y).
도가니 안에 1차로 탄화된 성형체(Y)가 묻히도록, 고체상태인 피치를 넣는다. 피치의 종류는 이방성 피치 또는 등방성 피치이다.The pitch which is a solid state is put in the crucible so that the primary carbonized molded object Y may be buried. The kind of pitch is anisotropic pitch or isotropic pitch.
진공저항가열로 안에 도가니를 넣는다. 진공저항가열로 안은 진공분위기 또는 불활성분위기이다.Put the crucible into the vacuum resistance furnace. It is either a vacuum atmosphere or an inert atmosphere in a vacuum resistance heating furnace.
도 4에 도시된 바와 같이, 진공저항가열로는, 1차로 탄화된 성형체(Y)의 온도를 3시간 동안 330℃로 승온시킨다. 진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 10시간 동안 330℃로 유지시킨다. 피치의 점도는 330℃에서 가장 낮아지므로, 성형체(Y)의 온도가 330℃로 유지되는 동안, 피치가 성형체(Y)로 가장 잘 침투한다.As shown in FIG. 4, the vacuum resistance heating furnace raises the temperature of the primarily carbonized molded body Y to 330 ° C. for 3 hours. In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is kept at 330 degreeC for 10 hours. Since the viscosity of the pitch is lowest at 330 ° C, the pitch penetrates into the molded body Y best while the temperature of the molded body Y is maintained at 330 ° C.
진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 10시간 동안 1000℃로 승온시킨다. 진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 6시간 동안 1000℃로 유지시킨다. 진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 1시간 동안 1550℃로 승온시킨다. 진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 2시간 동안 1550℃로 유지시킨다.In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is heated up to 1000 degreeC for 10 hours. In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is kept at 1000 degreeC for 6 hours. In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is heated up to 1550 degreeC for 1 hour. In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is kept at 1550 degreeC for 2 hours.
성형체(Y)의 온도가 1000℃로 승온되고 유지되고, 다시 1550℃로 승온되고 유지되는 동안, 성형체(Y)가 2차로 탄화되면서, 성형체(Y)에 녹아들어간 피치가 열분해되어 탄소가 된다.While the temperature of the molded body Y is elevated and maintained at 1000 ° C., and is further elevated and maintained at 1550 ° C., while the molded body Y is carbonized secondary, the pitch dissolved in the molded body Y is thermally decomposed to become carbon.
진공저항가열로안에서 2차로 탄화된 성형체(Y)를 상온까지 냉각시킨다.The secondary carbonized molded body Y is cooled to room temperature in a vacuum resistance heating furnace.
도 5는, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유의 종단면도이다.5 is a longitudinal sectional view of a pitch-based carbon fiber in which the carbon matrix is doubled.
도 5에 도시된 바와 같이, 1차 탄화시 생성된 탄소매트릭스(C1)가 피치계 탄소섬유(Cf-pitch)를 둘러싸고, 2차 탄화시 생성된 탄소매트릭스(C2)가 탄소섬유(Cf-pitch)를 또 한번 둘러싼다.As shown in FIG. 5, the carbon matrix C1 generated during the first carbonization surrounds the pitch-based carbon fiber Cf-pitch, and the carbon matrix C2 generated during the second carbonization is the carbon fiber Cf-pitch. Surround).
도 6은, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유와, 탄소매트릭스가 둘러싸지 않은 피치계 탄소섬유의 응력-변위량을 비교하여 나타낸 그래프이다. 실선은 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유의 응력-변위량 곡선을 나타내고, 점선은 탄소매트릭스로 둘러싸지 않은 피치계 탄소섬유의 응력-변위량 곡선을 나타낸다.FIG. 6 is a graph showing a comparison of the stress-displacement amount between the pitch-based carbon fibers surrounded by the carbon matrix and the pitch-based carbon fibers not surrounded by the carbon matrix. The solid line represents the stress-displacement curve of the pitch-based carbon fiber surrounded by the carbon matrix in double, and the dotted line represents the stress-displacement curve of the pitch-based carbon fiber surrounded by the carbon matrix.
도 6에 도시된 바와 같이, 탄소매트릭스로 둘러싸지 않은 피치계 탄소섬유는 응력에 비례하여 계속 늘어나다가, 절단지점(E)에서 더 이상 큰 응력을 견디지 못하고 갑자기 끊어져 버린다.As shown in FIG. 6, the pitch-based carbon fiber not surrounded by the carbon matrix continues to increase in proportion to the stress, and at the cutting point E, it no longer bears a large stress and is suddenly broken.
반면, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유는 응력에 비례하여 늘어나다가, 소성지점(F)부터는 더 이상 응력에 비례하지 않고 변위량(G)만큼 늘어난 후 절단지점(H)부터 서서히 끊어진다. 그 이유는, 피치계 탄소섬유를 2중으로 둘러싼 탄소매트릭스가, 피치계 탄소섬유가 견딜 수 없는 큰 응력은 흡수하고 나머지 작은 응력만을 피치계 탄소섬유로 전달하기 때문이다.On the other hand, the pitch-based carbon fiber in which the carbon matrix is doubled increases in proportion to the stress, but is gradually cut from the cutting point (H) after the plastic point (F) is no longer proportional to the stress and is increased by the displacement amount (G). The reason is that the carbon matrix surrounding the pitch-based carbon fibers in a double absorbs the large stresses that the pitch-based carbon fibers cannot withstand and transfers only the remaining small stresses to the pitch-based carbon fibers.
이하, 제5단계(S15)를 설명한다.Hereinafter, a fifth step S15 will be described.
성형체(Y)의 중심부에 차축이 지나가는 축공을 뚫는다.A shaft hole through which the axle passes is formed in the center of the molded body (Y).
성형체(Y)의 축공 주위로, 햇파트(hat part)와 결합되는 볼트가 관통하는 관통공을 동일원상에 동일간격으로 뚫는다. 햇파트는 바퀴와 결합된다.Around the axial hole of the molded body (Y), a through hole through which a bolt coupled with a hat part passes, is drilled at equal intervals on the same circle. The hat part is combined with the wheels.
이하, 제6단계(S16)를 설명한다.The sixth step S16 will be described below.
도가니 안에 규소를 넣는다.Put the silicon in the crucible.
도가니 안에 성형체(Y)의 하부가 규소에 묻히도록 넣는다. 성형체(Y)의 상부에 규소를 쌓는다.Into the crucible is placed so that the lower part of the molded body (Y) is buried in silicon. Silicon is piled up on the molded body Y.
진공저항가열로 안에 도가니를 넣는다. 진공저항가열로 안은 진공분위기 또는 불활성분위기이다.Put the crucible into the vacuum resistance furnace. It is either a vacuum atmosphere or an inert atmosphere in a vacuum resistance heating furnace.
진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 13시간 동안 1550℃로 승온시킨다.In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is heated up to 1550 degreeC for 13 hours.
진공저항가열로는, 성형체(Y)의 온도를 1~2시간 동안 1550℃로 유지시킨다.In vacuum resistance heating, the temperature of the molded object Y is kept at 1550 degreeC for 1-2 hours.
성형체(Y)의 온도가 1550℃로 승온되고 유지되는 동안, 규소가 녹아서 성형체(Y)의 기공으로 침투한다.While the temperature of the molded body Y is raised and maintained at 1550 ° C., the silicon melts and penetrates into the pores of the molded body Y.
기공으로 침투한 규소 대부분은 성형체(Y)에 포함된 탄소와 반응하여, 탄화규소(silicon carbide, SiC)가 된다. 탄소와 반응하지 않은 나머지 규소는 기공을 메운다.Most of the silicon penetrated into the pores reacts with the carbon contained in the molded body (Y) to become silicon carbide (SiC). The remaining silicon that does not react with carbon fills the pores.
이하, 제7단계(S17)를 설명한다.The seventh step S17 will be described below.
연마기(grinder)로, 성형체(Y)를 연마한다.The molded object Y is polished with a grinder.
도 7은, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 도면이다.7 shows a carbon-ceramic brake disc, made by a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a first embodiment of the invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크(10)는, 단일몸체(single body)로 구성된다.As shown in Fig. 7, the carbon-
탄소-세라믹 브레이크 디스크(10)는, 중심부에 차축이 지나가는 축공(11)을 구비한다. 축공(11) 주위로, 햇파트(hat part)와 결합되는 볼트가 관통하는 관통공(12)이 동일원상에 동일간격으로 구비된다.The carbon-
탄소-세라믹 브레이크 디스크(10)의 두께는 20~50mm이다.The thickness of the carbon-
탄소-세라믹 브레이크 디스크(10)의 성분조성은, SiC 65~25 wt%, Si 15~25 wt%, C 20~50 wt%이다.The composition of the carbon-
도 8은, 도 7의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.FIG. 8 is an enlarged view of portion A of FIG. 7.
도 8에 도시된 바와 같이, 길이가 짧고(1~3mm)은 피치계 탄소섬유(Cf-pitch)와, 길이가 긴(25~30mm) 피치계 탄소섬유(Cf-pitch)가 무작위로 분포된다. 피치계 탄소섬유는, 직경이 7㎛인 필라멘트 1K~48K의 다발로 구성된다.As shown in FIG. 8, a short (1-3 mm) long pitch (Cf-pitch) and a long (25-30 mm) pitch carbon fiber (Cf-pitch) are randomly distributed. . The pitch-based carbon fiber is composed of a bundle of filament 1K to 48K having a diameter of 7 µm.
길이가 긴 피치계 탄소섬유와 길이가 짧은 피치계 탄소섬유가 혼합된 이유는, 길이가 긴 피치계 탄소섬유만 분포될 경우 피치계 탄소섬유와 공기의 접촉면적이 커져 피치계 탄소섬유가 산화되기 쉽고, 반면, 길이가 짧은 피치계 탄소섬유만 분포될 경우 피치계 탄소섬유의 강화기능이 떨어지기 때문이다.The reason that the long pitch carbon fibers and the short pitch carbon fibers are mixed is that when only the long pitch carbon fibers are distributed, the contact area between the pitch carbon fibers and the air increases and the pitch carbon fibers are oxidized. On the other hand, when only a short pitch-based carbon fiber is distributed, the reinforcing function of the pitch-based carbon fiber is reduced.
도 8에 도시된 바와 같이, 1차 탄화시 생성된 탄소매트릭스(C1)는 피치계 탄소섬유(Cf-pitch)를 1차로 둘러싼다. 2차 탄화시 생성된 탄소매트릭스(C2)는 피치계 탄소섬유(Cf-pitch)를 2차로 둘러싼다. 2차로 둘러싼 탄소매트릭스(C2)의 일부는, 성형체에 규소를 침투시키는 단계에서 규소와 반응하여 탄화규소(SiC)가 된다.As shown in FIG. 8, the carbon matrix C1 generated during the first carbonization mainly surrounds the pitch-based carbon fibers Cf-pitch. The carbon matrix C2 produced during the secondary carbonization surrounds the pitch-based carbon fiber (Cf-pitch) secondaryly. Part of the secondary enclosed carbon matrix (C2) reacts with silicon to form silicon carbide (SiC) in the step of infiltrating silicon into the formed body.
도 9는, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 10(a),(b),(c)는, 제1혼합물로 제1성형체를 만드는 순서를 나타낸 도면이다. 도 11(a),(b),(c)는, 제2혼합물로 제2성형체를 만드는 순서를 나타낸 도면이다. 도 10 또는 도 11에 도시된 실선화살표는 프레스의 이동방향을 나타내고, 점선화살표는 제1성형체 또는 제2성형체를 몰드로부터 꺼내는 방향을 나타낸다.9 is a flowchart illustrating a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the present invention. (A), (b), (c) is a figure which shows the procedure which makes a 1st molded object from a 1st mixture. (A), (b), (c) is a figure which shows the procedure which makes the 2nd molded object from a 2nd mixture. The solid arrow shown in FIG. 10 or 11 shows the moving direction of the press, and the dotted arrow shows the direction in which the first molded body or the second molded body is taken out of the mold.
도 9, 도 10(a),(b),(c), 도 11(a),(b),(c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법은,9, 10 (a), (b), (c), 11 (a), (b) and (c), the carbon-ceramic brake disc according to the second embodiment of the present invention. How to make,
피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제1혼합물(X1)을 만들고, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제2혼합물(X2)을 만드는 제1단계(S21); 상기 제1혼합물(X1)을 몰드(M)에 넣고 프레스(P)로 가압하여 제1성형체(Y1)를 만들고, 상기 제2혼합물(X2)을 몰드(M)에 넣고 프레스(P)로 가압하여 제2성형체(Y2)를 만드는 제2단계(S22); 상기 제1성형체(Y1)를 1차로 탄화시키고, 상기 제2성형체(Y2)를 1차로 탄화시키는 제3단계(S23); 상기 1차로 탄화된 제1성형체(Y1)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키고, 상기 1차로 탄화된 제2성형체(Y2)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계(S24); 상기 2차로 탄화된 제1성형체(Y1)를 기계가공하고, 상기 2차로 탄화된 제2성형체(Y2)를 기계가공하는 제5단계(S25); 상기 기계가공된 제1성형체(Y1)와 상기 기계가공된 제2성형체(Y2)를 서로 접착하는 제6단계(S26); 상기 서로 접착된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)에 규소를 녹여서 침투시키는 제7단계(S27); 및 상기 규소가 침투된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)를 연마하는 제8단계(S28);를 포함한다.A first step (S21) of mixing a pitch-based carbon fiber and a phenol resin to make a first mixture (X1), and mixing a pitch-based carbon fiber and a phenol resin to form a second mixture (X2); The first mixture (X1) is put into the mold (M) and pressed with a press (P) to make a first molded body (Y1), the second mixture (X2) is put into a mold (M) and pressed with a press (P). A second step S22 of making a second molded body Y2; A third step (S23) of first carbonizing the first molded body (Y1) and first carbonizing the second molded body (Y2); A fourth step (S24) of melting and infiltrating the first molded body (Y1) firstly carbonized and carbonizing the secondary, and melting and infiltrating the first molded carbon (Y2) and the second carbonizing; A fifth step (S25) of machining the second carbonized first molded body (Y1) and machining the second carbonized second molded body (Y2); A sixth step (S26) of adhering the machined first molded body (Y1) and the machined second molded body (Y2) to each other; A seventh step (S27) of dissolving silicon in the first molded body (Y1) and the second molded body (Y2) adhered to each other; And an eighth step (S28) of grinding the first molded body (Y1) and the second molded body (Y2) in which the silicon has penetrated.
이하, 제1단계(S21)를 설명한다.Hereinafter, the first step S21 will be described.
피치계 탄소섬유 30~70 vol%와, 페놀수지 70~30 vol%를 혼합하여 제1혼합물(X1)을 만든다. 제1혼합물(X1)로 후술할 지지층을 만든다.30 to 70 vol% of pitch-based carbon fibers and 70 to 30 vol% of a phenol resin are mixed to form a first mixture (X1). A support layer to be described later is made of the first mixture X1.
피치계 탄소섬유 30~70 vol%와, 페놀수지 70~30 vol%를 혼합하여 제2혼합물(X2)을 만든다. 제2혼합물(X2)로 후술할 마찰층을 만든다.30-70 vol% of pitch-based carbon fibers and 70-30 vol% of a phenol resin are mixed to form a second mixture (X2). A friction layer to be described later is made of the second mixture X2.
이하, 제2단계(S22)를 설명한다.Hereinafter, the second step S22 will be described.
도 10(a)에 도시된 바와 같이, 몰드(M)에 제1혼합물(X1)을 넣는다. As shown in FIG. 10A, the first mixture X1 is placed in the mold M. As shown in FIG.
제1혼합물(X1)위에 코어체(V)를 올려놓는다. 코어체(V)는 냉각채널의 형상을 가진다. 코어체(V)위에 제1혼합물(X1)을 넣는다.The core body V is placed on the first mixture X1. The core body V has the shape of a cooling channel. The first mixture X1 is placed on the core body V.
도 10(b)에 도시된 바와 같이, 프레스(P)로 가압하여 제1성형체(Y1)를 만든다. 이때, 가압하는 압력은 3~5 MPa이다. 여기서, 프레스(P)에 설치된 히터로 제1혼합물(X1)을 가열할 수도 있다. 가열하는 온도는 120~180 ℃이다.As shown in FIG. 10 (b), the first molded body Y1 is formed by pressing the press P. FIG. At this time, the pressure to pressurize is 3-5 MPa. Here, the first mixture X1 may be heated by a heater provided in the press P. The temperature to heat is 120-180 degreeC.
도 10(c)에 도시된 바와 같이, 몰드(M)로부터 제1성형체(Y1)를 꺼낸다.As shown in FIG. 10 (c), the first molded object Y1 is taken out of the mold M. As shown in FIG.
제1성형체(Y1)는, 경화된 페놀수지안에 무작위로 분포된 피치계 탄소섬유로 구성된다.The first molded product Y1 is composed of pitch-based carbon fibers randomly distributed in the cured phenolic resin.
도 11(a)에 도시된 바와 같이, 몰드(M)에 제2혼합물(X2)을 넣는다.As shown in FIG. 11A, the second mixture X2 is placed in the mold M. As shown in FIG.
도 11(b)에 도시된 바와 같이, 프레스(P)로 제2혼합물(X2)를 가압하여 제2성형체(Y2)를 만든다. 이때, 가압하는 압력은 3~5 MPa이다. 여기서, 프레스(P)에 설치된 히터로 제2혼합물(X2)을 가열할 수도 있다. 가열하는 온도는 120~180 ℃이다.As shown in FIG. 11 (b), the second mixture X2 is pressed by the press P to form the second molded body Y2. At this time, the pressure to pressurize is 3-5 MPa. Here, the second mixture X2 may be heated by a heater provided in the press P. The temperature to heat is 120-180 degreeC.
도 11(c)에 도시된 바와 같이, 몰드(M)로부터 제2성형체(Y2)를 꺼낸다.As shown in FIG. 11 (c), the second molded body Y2 is taken out of the mold M. As shown in FIG.
제2성형체(Y2)는, 경화된 페놀수지안에 무작위로 분포된 피치계 탄소섬유로 구성된다.The second molded product Y2 is composed of pitch-based carbon fibers randomly distributed in the cured phenolic resin.
이하, 제3단계(S23)를 설명한다.Hereinafter, the third step S23 will be described.
제1성형체(Y1)를 1차로 탄화시킨다. 제2성형체(Y2)를 1차로 탄화시킨다. 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)를 1차로 탄화시키는 방법은 제1실시예에서 성형체를 1차로 탄화시키는 방법과 동일하므로 그 설명을 생략한다.The first molded product Y1 is first carbonized. The second molded product Y2 is first carbonized. Since the method of first carbonizing the first molded body Y1 and the second molded body Y2 is the same as the method of first carbonizing the molded body in the first embodiment, the description thereof is omitted.
제1성형체(Y1) 탄화시, 코어체(V)는 열분해 된다. 코어체(V)의 열분해 시 잔류 탄소량은 10 wt% 미만인 것이 바람직하다. 이를 위해, 코어체(V)는, 폴리카보네이트(polycarbonate), ABS수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), 스티렌 수지(Styrene resin), 폴리에틸렌(Polyethylene), 아크릴 수지(Acrylic resin) 등과 같은 열가소성 수지로 만들어진다. 코어체(V)가 열분해 되면, 코어체(V)가 열분해되고 남은 빈자리에 냉각채널이 형성된다.When carbonizing the first molded body Y1, the core body V is pyrolyzed. The amount of residual carbon upon thermal decomposition of the core body (V) is preferably less than 10 wt%. To this end, the core body (V) is made of a thermoplastic resin such as polycarbonate, ABS resin (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), styrene resin, polyethylene, acrylic resin and the like. When the core body V is thermally decomposed, the core body V is pyrolyzed and cooling channels are formed in the remaining empty space.
이하, 제4단계(S24)를 설명한다.The fourth step S24 will be described below.
1차로 탄화된 제1성형체(Y1)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시킨다. 1차로 탄화된 제2성형체(Y2)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시킨다. 1차로 탄화된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 방법은, 제1실시예에서 1차로 탄화된 성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 방법과 동일하므로 그 설명을 생략한다.The pitch is melted and infiltrated into the first molded body Y1 that is first carbonized, and secondly carbonized. Pitch is melted and infiltrated into the first molded carbon Y2, and carbonized secondly. The method of melting and infiltrating the pitch into the first carbonized first molded body (Y1) and the second molded body (Y2) and carbonizing it in the second embodiment, in the first embodiment is to melt the pitch into the first carbonized molded body to penetrate and carbonize secondary Since it is the same as the method, the description is omitted.
이하, 제5단계(S25)를 설명한다.The fifth step S25 will be described below.
제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)의 중심부에 차축이 지나가는 축공을 뚫는다.The axle passes through the shaft hole in the center of the first molded body (Y1) and the second molded body (Y2).
제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)의 축공주위로 햇파트(hat part)와 결합되는 볼트가 관통하는 관통공을 동일원상에 동일간격으로 뚫는다. 햇파트는 바퀴와 결합한다.Through-holes through which bolts coupled with hat parts pass through the axial hole of the first molded body Y1 and the second molded body Y2 are drilled at equal intervals on the same circle. Hat parts are combined with wheels.
이하, 제6단계(S26)를 설명한다.The sixth step S26 will be described below.
제1성형체(Y1)의 상면과 하면에 액체상태의 페놀수지를 도포한다. 도포두께는 0.1~2mm이다. 제1성형체(Y1)의 상면과 하면 각각에 제2성형체(Y2)를 접착한다. 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2) 사이로 빠져나온 액체상태의 페놀수지를 제거한다.Liquid phenolic resin is applied to the upper and lower surfaces of the first molded body Y1. Coating thickness is 0.1 ~ 2mm. The second molded object Y2 is adhered to the upper and lower surfaces of the first molded object Y1. The phenolic resin in the liquid state exiting between the first molded object Y1 and the second molded object Y2 is removed.
다른 방법으로, 제1성형체(Y1)의 상면과 하면에 고체상태의 페놀수지를 뿌린다. 제1성형체(Y1)의 상면과 하면에 제2성형체(Y2)를 각각 올려놓고 프레스로 가압하고 프레스에 설치된 히터로 가열한다. 고체상태의 페놀수지가 녹으면서, 제1성형체(Y1)의 상면과 하면 각각에 제2성형체(Y2)가 접착된다. 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2) 사이로 빠져나온 액체상태(고체상태의 페놀수지가 녹은 상태)의 페놀수지를 제거한다.Alternatively, a solid phenolic resin is sprinkled on the upper and lower surfaces of the first molded body Y1. The second molded body Y2 is placed on the upper and lower surfaces of the first molded body Y1, respectively, and is pressed by a press and heated by a heater installed in the press. As the phenolic resin in the solid state is melted, the second molded body Y2 is adhered to the upper and lower surfaces of the first molded object Y1. The phenol resin of the liquid state (the solid phenol resin melt | dissolved) which escaped between the 1st molded object Y1 and the 2nd molded object Y2 is removed.
제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)가 접착되면, 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2) 사이에 후술할 접착층이 만들어진다.When the first molded object Y1 and the second molded object Y2 are bonded together, an adhesive layer to be described later is formed between the first molded object Y1 and the second molded object Y2.
이하, 제7단계(S27)를 설명한다.The seventh step S27 will be described below.
서로 접착된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)에 규소를 녹여서 침투시킨다. 서로 접착된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)에 규소를 녹여서 침투시키는 방법은, 제1실시예에서 성형체에 규소를 침투시키는 방법과 동일하므로 그 설명을 생략한다.The silicon is melted and infiltrated into the first molded body Y1 and the second molded body Y2 adhered to each other. Since the method of dissolving silicon in the first molded product Y1 and the second molded product Y2 bonded to each other is the same as the method of infiltrating silicon into the molded product in the first embodiment, the description thereof is omitted.
이하, 제8단계(S28)를 설명한다.The eighth step S28 will now be described.
연마기(grinder)로, 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)를 연마한다.The first molded object Y1 and the second molded object Y2 are polished by a grinder.
도 12는, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진, 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 나타낸 도면이다.12 shows a carbon-ceramic brake disc, made by a method of making a carbon-ceramic brake disc according to a second embodiment of the invention.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 지지층(110), 마찰층(120), 접착층(130)으로 구성된다.As shown in FIG. 12, the carbon-ceramic brake disc made by the method of manufacturing the carbon-ceramic brake disc according to the second embodiment of the present invention may be formed of the
탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)는, 중심부에 차축이 지나가는 축공(101)을 구비한다. 축공(101) 주위로, 햇파트(hat part)와 결합되는 볼트가 관통하는 관통공(102)이 동일원상에 동일간격으로 구비된다.The carbon-
지지층(110)은 냉각채널(111)을 구비한다. 지지층(110)의 두께는 20~50mm이다. 지지층(110)의 성분조성은, SiC 65~25 wt%, Si 15~25 wt%, C 20~50 wt%이다. The
마찰층(120)의 두께는 0.1~2mm이다. 마찰층(120)의 성분조성은, 지지층(110)의 성분조성과 동일한, SiC 65~25 wt%, Si 15~25 wt%, C 20~50 wt%이다. The thickness of the
지지층(110)의 성분조성과 마찰층(120)의 성분조성이 동일하므로, 지지층(110)의 열팽창계수와 마찰층(120)의 열팽창계수가 동일하다. 따라서, 탄소-세라믹 브레이크 디스크(100)를 만드는 과정에서, 지지층(110)의 열팽창계수와 마찰층(120)의 열팽창계수의 차이로 인해, 마찰층(120)에 균열이 생기지 않는다. Since the composition of the
지지층(110)에는, 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포된다. 피치계 탄소섬유는, 직경이 7㎛인 필라멘트 1K~48K의 다발로 구성된다. 지지층(110)에 포함된 피치계 탄소섬유의 길이는 10~30mm이다. 지지층(110)에 포함된 피치계 탄소섬유는 탄소매트릭스에 의해 2중으로 둘러싸지며, 바깥쪽 탄소의 일부는 규소와 반응하여 탄화규소가 된다.In the
마찰층(120)에는, 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포된다. 마찰층(120)에 포함된 피치계 탄소섬유는, 직경이 7㎛인 필라멘트 1K~48K의 다발로 구성된다. 마찰층(120)에 포함된 피치계 탄소섬유의 길이는 1~3mm이다. 마찰층(120)에 포함된 피치계 탄소섬유는 탄소매트릭스에 의해 2중으로 둘러싸지며, 바깥쪽 탄소매트릭스의 일부는 규소와 반응하여 탄화규소가 된다.In the
한편, 마찰층(120)에 포함된 피치계 탄소섬유는, 마찰층(120)이 외부로 노출된 관계로, 공기와 만나 산화되기 쉽다. 따라서, 공기와의 접촉면적을 최소화하기 위해서, 마찰층(120)에 포함된 피치계 탄소섬유은 지지층(110)에 포함된 피치계 탄소섬유의 길이보다 짧다. 피치계 탄소섬유의 길이를 짧게 하더라도, 브레이크 작동시, 마찰층(120)이 지지층(110)보다 상대적으로 충격을 덜 받기 때문에, 마찰층(120)의 강도는 충분히 유지될 수 있다.On the other hand, the pitch-based carbon fiber contained in the
접착층(130)의 두께는 0.1~1mm이다. 접착층(130)의 성분조성은, SiC 50 wt%, Si 45 wt%, C 5 wt%이다.The thickness of the
도 13은, 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법을 나타낸 순서도이다.13 is a flowchart illustrating a method of making a carbon-ceramic brake disc according to the third embodiment of the present invention.
도 10(a),(b),(c), 도 11(a),(b),(c), 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법은, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제1혼합물(X1)을 만들고, 피치계 탄소섬유와 페놀수지를 혼합하여 제2혼합물(X2)을 만드는 제1단계(S31); 상기 제1혼합물(X1)을 몰드(M)에 넣고 프레스(P)로 가압하여 제1성형체(Y1)를 만들고, 상기 제2혼합물(X2)을 몰드(M)에 넣고 프레스(P)로 가압하여 제2성형체(Y2)를 만드는 제2단계(S32); 상기 제1성형체(Y1)를 1차로 탄화시키고, 상기 제2성형체(Y2)를 1차로 탄화시키는 제3단계(S33); 상기 1차로 탄화된 제1성형체(Y1)에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계(S34); 상기 2차로 탄화된 제1성형체(Y1)를 기계가공하고, 상기 1차로 탄화된 제2성형체(Y2)를 기계가공하는 제5단계(S35); 상기 기계가공된 제1성형체(Y1)와 상기 기계가공된 제2성형체(Y2)를 서로 접착하는 제6단계(S36); 상기 서로 접착된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)에 규소를 녹여서 침투시키는 제7단계(S37); 및 상기 규소가 침투된 제1성형체(Y1)와 제2성형체(Y2)를 연마하는 제8단계(S38);를 포함한다.As shown in FIGS. 10 (a), (b), (c), 11 (a), (b), (c), and 13, a carbon-ceramic brake disc according to a third embodiment of the present invention Method of making, the first step (S31) to form a second mixture (X2) by mixing the pitch-based carbon fiber and phenol resin to make a first mixture (X1); The first mixture (X1) is put into the mold (M) and pressed with a press (P) to make a first molded body (Y1), the second mixture (X2) is put into a mold (M) and pressed with a press (P). A second step S32 of forming a second molded body Y2; A third step (S33) of first carbonizing the first molded body (Y1) and first carbonizing the second molded body (Y2); A fourth step (S34) of melting and infiltrating a pitch into the first carbonized first molded body (Y1) and secondly carbonizing it; A fifth step (S35) of machining the second carbonized first molded body (Y1) and machining the second carbonized second molded body (Y2); A sixth step (S36) of adhering the machined first molded body (Y1) and the machined second molded body (Y2) to each other; A seventh step (S37) of dissolving silicon in the first molded body (Y1) and the second molded body (Y2) adhered to each other; And an eighth step (S38) of grinding the first molded body (Y1) and the second molded body (Y2) in which the silicon has penetrated.
본 발명의 제3실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법은, 1차로 탄화된 제1성형체(Y1)에만 피치를 녹여 침투시킨 후 2차로 탄화시키고, 1차로 탄화된 제2성형체(Y2)에는 피치를 녹여 침투시킨 후 2차로 탄화시키지 않는다. 이를 제외하고는, 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법과 동일하다.In the method of manufacturing the carbon-ceramic brake disc according to the third embodiment of the present invention, the pitch is melted and infiltrated only into the first molded product Y1 that is primarily carbonized, and then carbonized secondly and the second molded product Y2 is first carbonized. ) Is not carbonized after the melt is penetrated. Except for this, it is the same as the method of making the carbon-ceramic brake disc according to the second embodiment.
본 발명의 제3실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 지지층에 분포된 피치계 탄소섬유만 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼다. 이를 제외하고는, 제2실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법으로 만들어진 탄소-세라믹 브레이크 디스크와 동일하다.In the carbon-ceramic brake disc made by the method of making the carbon-ceramic brake disc according to the third embodiment of the present invention, only the pitch-based carbon fiber distributed in the support layer is doubled by the carbon matrix. Except for this, it is the same as the carbon-ceramic brake disc made by the method of making the carbon-ceramic brake disc according to the second embodiment.
본 발명의 제3실시예에 따른 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법은, 브레이크 작동시, 지지층이 마찰층보다 더 큰 응력을 받기 때문에, 마찰층에 포함된 피치계 탄소섬유까지 탄소매트릭스로 2중으로 둘러쌀 필요가 적다는 점에서 창안되었다. 또한, 마찰층에 포함된 피치계 탄소섬유가 탄소매트릭스로 2중으로 둘러싸이면, 마찰층에 탄소가 많아져서, 마찰층이 쉽게 산화된다는 점에서 창안되었다.In the method of making the carbon-ceramic brake disc according to the third embodiment of the present invention, since the support layer is subjected to a greater stress than the friction layer during the brake operation, the carbon-ceramic brake disc is doubled in the carbon matrix up to the pitch-based carbon fiber included in the friction layer. It was created because there is little need to surround it. In addition, when the pitch-based carbon fiber contained in the friction layer is enclosed in double by a carbon matrix, the friction layer has a large amount of carbon, so that the friction layer is easily oxidized.
Claims (9)
상기 혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 성형체를 만드는 제2단계;
상기 성형체를 1차로 탄화시키는 제3단계;
상기 1차로 탄화된 성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계;
상기 2차로 탄화된 성형체를 기계가공하는 제5단계;
상기 기계가공된 성형체에 규소를 녹여서 침투시키는 제6단계; 및
상기 규소가 침투된 성형체를 연마하는 제7단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법.A first step of mixing a pitch-based carbon fiber and a phenol resin to form a mixture;
A second step of forming the molded body by pressing the mixture into a mold and pressing the mixture;
A third step of carbonizing the molded body firstly;
A fourth step of melting and infiltrating a pitch into the first carbonized molded body and secondly carbonizing it;
A fifth step of machining the second carbonized molded body;
A sixth step of melting and infiltrating silicon into the machined molded body; And
And a seventh step of grinding the molded body in which the silicon is infiltrated.
상기 제1혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제1성형체를 만들고, 상기 제2혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제2성형체를 만드는 제2단계;
상기 제1성형체를 1차로 탄화시키고, 상기 제2성형체를 1차로 탄화시키는 제3단계;
상기 1차로 탄화된 제1성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키고, 상기 1차로 탄화된 제2성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계;
상기 2차로 탄화된 제1성형체를 기계가공하고, 상기 2차로 탄화된 제2성형체를 기계가공하는 제5단계;
상기 기계가공된 제1성형체와 상기 기계가공된 제2성형체를 서로 접착하는 제6단계;
상기 서로 접착된 제1성형체와 제2성형체에 규소를 녹여서 침투시키는 제7단계; 및
상기 규소가 침투된 제1성형체와 제2성형체를 연마하는 제8단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법.A first step of making a first mixture by mixing pitch-based carbon fibers and phenol resins, and making a second mixture by mixing pitch-based carbon fibers and phenol resins;
A second step of forming a first molded body by putting the first mixture into a mold and pressing the mold with a press, and putting the second mixture into a mold and pressing the press with a press to form a second molded body;
A third step of carbonizing the first molded body first and carbonizing the second molded body first;
A fourth step of melting and infiltrating a pitch into the first carbonized first molded body and carbonizing it secondly, melting and infiltrating a pitch into the first carbonized second molded body and secondly carbonizing it;
A fifth step of machining the second carbonized first molded body and machining the second carbonized second molded body;
Attaching the machined first molded body and the machined second molded body to each other;
A seventh step of dissolving silicon in the first molded body and the second molded body adhered to each other; And
And an eighth step of grinding the first molded body and the second molded body in which the silicon has penetrated.
상기 지지층의 상면과 하면에 각각 접착된 마찰층; 및
상기 지지층과 마찰층 사이에 형성된 접착층으로 구성되며,
상기 지지층과 마찰층 각각에는, 탄소매트릭스가 2중으로 둘러싼 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포된 탄소-세라믹 브레이크 디스크.Support layer;
A friction layer bonded to upper and lower surfaces of the support layer, respectively; And
Consists of an adhesive layer formed between the support layer and the friction layer,
Each of the support layer and the friction layer, the carbon-ceramic brake disc is a random distribution of pitch-based carbon fibers surrounded by a double carbon matrix.
상기 제1혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제1성형체를 만들고, 상기 제2혼합물을 몰드에 넣고 프레스로 가압하여 제2성형체를 만드는 제2단계;
상기 제1성형체를 1차로 탄화시키고, 상기 제2성형체를 1차로 탄화시키는 제3단계;
상기 1차로 탄화된 제1성형체에 피치를 녹여 침투시키고 2차로 탄화시키는 제4단계;
상기 2차로 탄화된 제1성형체를 기계가공하고, 상기 2차로 탄화된 제2성형체를 기계가공하는 제5단계;
상기 기계가공된 제1성형체와 상기 기계가공된 제2성형체를 서로 접착하는 제6단계;
상기 서로 접착된 제1성형체와 제2성형체에 규소를 녹여서 침투시키는 제7단계; 및
상기 규소가 침투된 제1성형체와 제2성형체를 연마하는 제8단계;를 포함하는 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 만드는 방법.A first step of making a first mixture by mixing pitch-based carbon fibers and phenol resins, and making a second mixture by mixing pitch-based carbon fibers and phenol resins;
A second step of forming a first molded body by putting the first mixture into a mold and pressing the mold with a press, and putting the second mixture into a mold and pressing the press with a press to form a second molded body;
A third step of carbonizing the first molded body first and carbonizing the second molded body first;
A fourth step of melting and infiltrating the pitch into the first carbonized first molded body and secondly carbonizing the first molded body;
A fifth step of machining the second carbonized first molded body and machining the second carbonized second molded body;
Attaching the machined first molded body and the machined second molded body to each other;
A seventh step of dissolving silicon in the first molded body and the second molded body adhered to each other; And
And an eighth step of grinding the first molded body and the second molded body in which the silicon has penetrated.
상기 지지층의 상면과 하면에 각각 접착된 마찰층; 및
상기 지지층과 마찰층 사이에 형성된 접착층으로 구성되며,
상기 지지층과 마찰층 각각에는, 피치계 탄소섬유가 무작위로 분포되며,
상기 지지층에 분포된 피치계 탄소섬유만, 탄소매트릭스에 의해 2중으로 둘러싸인 탄소-세라믹 브레이크 디스크.Support layer;
A friction layer bonded to upper and lower surfaces of the support layer, respectively; And
Consists of an adhesive layer formed between the support layer and the friction layer,
In each of the support layer and the friction layer, pitch-based carbon fibers are randomly distributed,
A carbon-ceramic brake disc only doubled by a carbon matrix, pitch-based carbon fibers distributed in the support layer.
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